LEO-PNT Kshanas

LEO-PNT on positsioneerimine, navigatsioon ja aeg (PNT) madala Maa orbiidi (LEO) satelliitidelt, keskmise Maa orbiidi (MEO) globaalsete satelliitnavigatsioonisüsteemide (GNSS), nagu Global Positioning System (GPS) ja Galileo, kõrval või asemel. See leht seob kokku mootori kõik LEO-PNT liigid ja stsenaariumid: mida igaüks arvutab, sagedusribad ja signaalide eelseadistused ning kust nende arvud pärinevad, mida navigatsioonisõnum kannab, mis on VALIDATED ja mis MODELLED ning kuidas iga stsenaariumi käivitada. Liigilehed lähevad sügavamale:

Esmalt süsteemist sõltumatu#

Mootor on üldine LEO-PNT simulaator. Mis tahes konstellatsioon (Walkeri muster, selgesõnalised orbiidielemendid, kaherealine elementide komplekt (TLE) Simplified General Perturbations 4 (SGP4) levitaja kaudu või kavandatud üksik läbilend), mis tahes signaalikujundus (mis tahes sagedusriba, mis tahes segu binaarse faasmanipulatsiooni (BPSK), binaarse nihkekandja (BOC) ja sagedusjaotusega hulgipöörduse (FDMA) komponentidest), mis tahes navigatsioonisõnumi mudel. Nimetatud süsteemid on valikulised eelseadistused: andmefailid, igaüks oma allikaga, mis täidavad ainult selle, mille stsenaarium välja jätab. Iga võimekus, test, sõltumatu etalon ja komplekti kuuluv stsenaarium töötab ilma Celeste'i andmeteta.

Celeste IOD (orbiidil demonstreerimise) eelseadistus on üks valikuline eelseadistus nende hulgas. Selle signaaliparameetrid esitati ESA NAVISP (Euroopa Kosmoseagentuuri Navigation Innovation and Support Programme) LEO-PNT töötoas 2026 ning neil pole veel avalikku allikat. Iga mootori töötoast pärinev arv asub ühes failis, src/celeste_iod.rs, mille build.rs kompileerib sisse ainult siis, kui see olemas on, ja ainult hoidlas olevates stsenaariumides scenarios/*celeste-iod*.toml. Selle faili ja nende stsenaariumide kustutamine hoiab eelseadistuse tagasi ilma lähtekoodi muutmata; iga muu test, sõltumatu etalon ja stsenaarium töötab ilma selleta (tests/workshop_preset_isolation.rs valvab, millised failid võivad seda nimetada). See leht ei anna ühtki selle arvu.

Liigid ja kuidas need seostuvad#

Ahel annab väärtusi edasi koodis (vt allpool Otsast otsani LEO-PNT ahel): signaalikujundus määrab läbilennu sagedusriba EIRP (ekvivalentne isotroopselt kiiratud võimsus) jaotuse ja jälgitava kiibisageduse; läbilend annab jälgitava C/N0 ja koodivärina; navigatsioonisõnumi SISRE ja läbilennu C/N0 kaaluvad liidetud lahenduse LEO mõõtmisi.

Sagedusribad#

Üldised kujundused kasutavad avalikke sagedusribade keskpunkte; igaüks on REPRESENTATIVE, mitte ühegi süsteemi signaal (data/leo-signals/generic-bands.toml, generic-c-band.toml).

BPSK(n) on binaarne faasmanipulatsioon kiirusel n × 1,023 Mchip/s. Viivituse suhe on (f_L/f)², kus f_L = 1191,795 MHz. Vabaruumi levikadu kasvab sama kauguse korral 20·log10(f/f_L) võrra (−8,2 dB UHF-is, +6,4 dB S-is, +12,5 dB C-s).

Signaalide ja süsteemide eelseadistused#

Iga eelseadistus märgib oma arvud PUBLIC (URL-iga), REPRESENTATIVE (dokumenteeritud kavandusvalik, mitte kunagi väide reaalse süsteemi kohta) või WORKSHOP ning iga seda kasutava käivituse tulemus ütleb, milline.

Navigatsioonisõnum#

LEO navigatsioonisõnum (LEO-NAVMSG.md) kannab nelja osa, struktuuri, mida jagavad Galileo Open Service Signal-in-Space Interface Control Document (OS SIS ICD) ja avaldatud LEO ettepanekud:

Binaarkaader on Kshana enda dokumenteeritud kodeering, mis on modelleeritud nende komponentide järgi, mitte ühegi süsteemi bitipaigutus. RINEX 4,02 ei määratle ühtki LEO navigatsioonikirjet, seega on RINEX-laadne eksport dokumenteeritud Kshana laiendus (varasem töö: arXiv 2401,17767).

Vastupidavus#

Spuufimise seirajad, nende statistikud ja piirangud on failis LEO-PASS.md. Mitme sagedusriba juga-diagramm iga sagedusriba erineva segajaga on multi-band-jamming-waterfall (LEO-SIGNAL.md).

Üks stsenaarium iga katsete fookusvaldkonna kohta#

Celeste IOD kolmandate osapoolte katsetamise kutse (ESA Open Space Innovation Platform, OSIP) kaheksa katsete fookusvaldkonda on üldised LEO-PNT küsimused; igaühel on süsteemist sõltumatu stsenaarium:

Üks stsenaarium iga lõppkasutaja vertikaali kohta#

Iga vertikaal on ühe ajajoonega campaign ahel, seega see animeeritakse, ja igal on leo-pass liige, seega see ekspordib geomeetria (vt Käivitamine).

VALIDATED ja MODELLED#

Rida on VALIDATED ainult siis, kui test reprodutseerib avaldatud seadistuse ja kinnitab avaldatud arvu märgitud tolerantsi piires; kõik muu on MODELLED koos põhjendusega (VERIFICATION-MATRIX.md, MODELLED-RATIONALE.md).

VALIDATED LEO-PNT read:

• suletud kujuga ribapiiratud signaalivõimsus ja varase-hilise koodijälgimise värin avaldatud töökohtades (Betz ja Kolodziejski 2009), Gaboři ribalaiuse ja SSC ristkontrolliga;
• LEO navigatsioonisatelliidi maksimaalne Doppler (Xona Pulsar X1 32–34 kHz, Iridium ±36 kHz) ja staatilise kasutaja Doppleri ümbrik arXiv 2509,19551 tabeli 1 vastu;
• ITU-R P.838-3 vihmakoefitsiendid, P.618-14 vihmasumbumine ja troposfääri skintillatsioon ning P.2109-2 hoonesse sisenemise kadu ITU-R Study Group 3 valideerimisandmete vastu;
• esimese järgu ionosfääriviivituse skaleerimine ja vabaruumi levikadu (IS-GPS-200 grupiviivituse suhe, Friisi kuju);
• globaalkeskmise SISRE kaalud (Montenbruck jt 2018), Galileo ICD kasutaja algoritm RTKLIB-i vastu reaalsetel ringhäälestatud efemeriididel ja CRC-24Q oma kataloogi kontrollväärtuse vastu.

MODELLED LEO-PNT read: iga signaalikujundus ja sagedusribade kompromiss, mitme sagedusriba juga-diagramm, iga läbilend ja sidelingi eelarve tervikuna, eelseadistused, väikese energiakuluga lahendused, sõnumi sobitaja ja vormingud, Doppler ja ühine positsioneerimine, PPP koondumine, NTN positsioneerimine, aja edastamine, polaarkatvus, otsast otsani ahel, spuufimise seirajad ja ionosfääri sondeerimine ning iga kampaania (kampaania komponeerib liike ega lisa füüsikat; selle kompositsiooni samasusi testitakse, CAMPAIGNS.md). Ühtegi LEO C/N0, kaugusviga ega positsioneerimisarvu ei võrrelda ühegi satelliidi mõõtmisega.

Stsenaariumi käivitamine#

Iga ülaltoodud stsenaarium kuulub komplekti: kshana example <name> väljastab selle ja

kshana scenarios/<name>.toml --animate html --export all

kirjutab faili kõrvale tulemuse (.result.json), diagrammi (.chart.svg), täiustatud aruande (.report.html ja .report.json, koos jaotisega, mis põimib animeeritud käivituse ja loetleb eksportid), interaktiivse esitaja (.animation.html) ja eksportid. Mis kehtib, sõltub liigist:

• ajateljega käivitus animeeritakse: leo-pass epohhid, spuufimise käivituse spoof.series, spectrum ajajooned, leo-pvt ühised epohhid ja ajaveajäljed, leo-ppp veakõverad ja iga kampaania ahel. Pühkel või kompositsioonil pole ajatelge: --animate lükkab selle tagasi väljumisstaatusega 1 ja siis ei kirjuta käsk üldse midagi, seega käivita kaheksa pühet ja kompositsiooni ülal (leo-resilience-multiband-diversity, leo-resilience-spoof-monitors ja iga leo-focus-* stsenaarium peale leo-focus-science-iono-sounding) ilma --animate;
• leo-pass ja leo-pnt-chain ekspordivad läbilennu geomeetria CZML (Cesium Language), KML (Keyhole Markup Language), GeoJSON ja STK (Systems Tool Kit) efemeriidid; kampaania ekspordib iga geomeetriaga liikme eraldi failikomplektina, liikme silt failinimes (<name>.<member>.czml), seega iga vertikaal ekspordib oma LEO läbilennud; teised LEO liigid ütlevad, miks vorming ei kehti (INTEROP.md).

Ülejäänud LEO stsenaariumid liikide kaupa (üksikasjad iga liigi lehel):

Valikulised stsenaariumid on ainult hoidlas ja hoitakse tagasi koos Celeste'i eelseadistuse failiga.

Kaks neist asuvad teistes liikides. leo-pnt-mega-shell (constellation-design) mõõdab 5000 satelliidi LEO-PNT konstellatsiooni nelja illustratiivse Walkeri kestana: kättesaadavus 99,22 % PDOP-i väärtusel 3 või vähem üle 20° maski, mediaan-PDOP 1,11 ja keskmiselt 39,4 nähtavat satelliiti 648 ruudustikupunkti ja 12 epohhi peale. slot-timing-ocxo-leo (slot-timing) küsib, kui kaua LEO väikesatelliidi andmelehe OCXO püsib 100 ns pilu valvepiiri sees k = 3 korral pärast viimast GNSS-i lahendust: valve katkeb 650,8 s pärast lahendust, seega vajab ta lahendust vähemalt iga 645,8 s järel (133,8 päevas), kusjuures juhusliku käimise sagedusmüra on domineeriv liige.

Otsast otsani LEO-PNT ahel#

Liik leo-pnt-chain (src/leo_pnt_chain.rs) jälgib ühte LEO-PNT süsteemi selle signaalikujundusest kuni kasutaja asukohani. Iga etapp on mootori enda liik, käivitatud ahelstsenaariumi oma tabelil, ja ahel annab väärtusi ühelt etapilt järgmisele koodis edasi:

Väärtus antakse edasi ainult seal, kus järgmine tabel selle jätab määramata, ning iga üleandmine on loetletud tulemuse massiivis handoffs koos selle väärtuse, ühiku ja sihtkohaga. Sagedusriba [pass] peab nimetama kujunduse (signal = "<design>"); nii kannab ka sagedusriba leo-pass iga leo-signal kujundust iseseisvalt: see võtab kujunduse keskssageduse, edastusribalaiuse ja jälgitava kiibisageduse, jagab oma EIRP komponentide vahel ning annab igal epohhil aru jälgitava komponendi C/N0-st ja ribapiiratud koherentse varase-hilise koodijälgimise värinast (Betz ja Kolodziejski 2009; poolkiibi vahe, 1 Hz silmus, 20 ms).

Scenarios:

kshana scenarios/leo-pnt-end-to-end.toml --animate html --export all

kirjutab tulemuse, diagrammi, täiustatud aruande (mis põimib animeeritud läbilennu ja lingib eksportidele), interaktiivse esitaja ning läbilennu geomeetria CZML (Cesium Language), KML (Keyhole Markup Language), GeoJSON ja STK (Systems Tool Kit) efemeriidifailid.

Ahel on MODELLED: see ei lisa füüsikat ja iga etapp säilitab oma sildid. Positsioneerimisetapi C/N0 mudel on sirge muutujas sin(kõrgusnurk), seega taandatakse läbilennu eripärane kuju kaheks arvuks; sõnumietapp ei modelleeri orbiidi määramist, mistõttu on od_sisre_m märgitud sisend (0,25 m komplekti kuuluvates stsenaariumides, esinduslik detsimeetritasemel pardal toimuva orbiidi määramise ja juhitud kiibiskaalas kella kohta, mida ATOMIC kasulik koormus esitab: https://insidegnss.com/first-steps-toward-a-fully-operational-leo-pnt-payload/).